Рубрика: Как устроен полёт
Почему самолёт летает? Подъёмная сила крыла и сваливание
Коротко
Самолёт летает, потому что крылья отклоняют вниз воздух, сквозь который движутся. Толкая воздух вниз, крыло получает равный толчок вверх — подъёмную силу. Тот же поток создаёт пониженное давление над крылом и повышенное под ним.
Подъёмная сила: один поток воздуха, два описания
Подъёмная сила — это сила, которая удерживает самолёт в воздухе, уравновешивая его вес. Крыло создаёт её, отклоняя обтекающий его воздух, и обе его поверхности помогают направить поток вниз. Толкая воздух вниз, крыло само получает толчок вверх: действие и противодействие, как в третьем законе Ньютона.
В том же потоке над крылом давление ниже, а под крылом выше, и принцип Бернулли связывает это со скоростью воздуха. Это не соперничающие теории. NASA называет оба описания верными, а FAA пишет, что оба действуют всякий раз, когда крыло создаёт подъёмную силу.
Попробуйте сами
Двигайте ползунок угла атаки и смотрите, как подъёмная сила растёт по кривой до критического угла, где поток отрывается и подъёмная сила падает.
Два мифа о подъёмной силе
Идея «равного времени прохождения» гласит, что воздух над более длинной верхней поверхностью крыла должен ускориться, чтобы встретиться у задней кромки с воздухом снизу. Это неверно: воздух сверху движется ещё быстрее и достигает задней кромки первым. К тому же эта идея не объясняет ни плоские крылья бумажного самолётика, ни полёт вверх ногами.
Другой миф утверждает, что наука не может объяснить полёт. Подробности сложны, и короткие объяснения часто их чрезмерно упрощают, но уравнения движения воздуха описывают подъёмную силу, и инженеры по ним рассчитывают силу, действующую на крыло.
Угол атаки и сваливание
Угол атаки — это угол между крылом и набегающим потоком воздуха. Пилот меняет подъёмную силу прежде всего углом атаки, с помощью штурвала или ручки управления. Чем больше угол, тем больше подъёмная сила, но только до критического угла атаки — примерно от 16° до 20° в зависимости от конструкции. За ним поток отрывается от верхней поверхности крыла, и подъёмная сила резко падает: это сваливание. Крыло всё ещё создаёт некоторую подъёмную силу, но её уже не хватает, чтобы удерживать самолёт.
Почему важны скорость и вес
Подъёмная сила к тому же быстро растёт со скоростью: при вдвое большей воздушной скорости то же крыло при том же угле создаёт вчетверо большую подъёмную силу. Поэтому медленному самолёту для горизонтального полёта нужен больший угол атаки, а быстрому — меньший. Вес тоже важен, потому что подъёмная сила должна его уравновешивать.
Частые ошибки и мифы
- Считать Ньютона и Бернулли соперничающими объяснениями. Оба описывают один и тот же поток.
- Думать, что крыло в сваливании совсем не создаёт подъёмной силы. Создаёт, просто недостаточно.
- Думать, что важна только выпуклая верхняя поверхность крыла. Угол крыла к потоку важен не меньше.
Частые вопросы
Как самолёт может лететь вверх ногами?
Подъёмной силе не нужна выпуклая верхняя поверхность. Симметричные и даже плоские крылья бумажного самолётика создают подъёмную силу, потому что встречают воздух под углом. В полёте вверх ногами пилот держит крыло под таким углом, что оно по-прежнему отклоняет воздух к земле, и толчок остаётся направленным вверх.
Почему более тяжёлому самолёту нужна большая скорость?
Более тяжёлому самолёту нужна большая подъёмная сила. Пилот может увеличить угол атаки, но только до критического, а критический угол от веса не зависит. Дальше большую подъёмную силу даёт только большая скорость, поэтому более тяжёлый самолёт сваливается на большей воздушной скорости.
Можно ли увидеть это в авиасимуляторе?
Да. На бесплатных уроках AeroFox можно поднимать и опускать нос лёгкого учебного самолёта и смотреть, как меняется скорость, а затем медленно лететь у срабатывания сигнализации сваливания на безопасной высоте. Это учебный инструмент, а не сертифицированная подготовка, и он не засчитывается для пилотского свидетельства.
Потренируйтесь в симуляторе
Бесплатный урок «Полёт на малой скорости» позволяет лететь на лёгком учебном самолёте чуть выше срабатывания сигнализации сваливания, держать высоту, а затем поднимать нос, пока не загудит сирена, и сразу выводить.
Начать этот урок: Полёт на малой скорости
Ещё один урок на эту тему: Органы управления и триммер
Похожие объяснения
Источники
Ссылки ведут на источники на английском языке.
- Что такое подъёмная сила? (Исследовательский центр Гленна NASA, Руководство для начинающих по аэронавтике)
- Бернулли и Ньютон (Исследовательский центр Гленна NASA, Руководство для начинающих по аэронавтике)
- Теория равного времени прохождения (неверная теория подъёмной силы) (Исследовательский центр Гленна NASA, Руководство для начинающих по аэронавтике)
- Влияние наклона на подъёмную силу (Исследовательский центр Гленна NASA, Руководство для начинающих по аэронавтике)
- Справочник пилота по авиационным знаниям (FAA-H-8083-25C), главы 4 и 5 (FAA)
- Справочник по технике пилотирования самолёта (FAA-H-8083-3C), глава 5: полёт на малой скорости и сваливания (FAA)
Об этих объяснениях
AeroFox — бесплатный общественный проект без платных функций. Объяснения пишет команда AeroFox по открытым источникам, таким как справочники FAA, материалы NASA и регуляторов, а для уроков из новостей — ещё и по новостным сообщениям, на которые мы даём ссылки. На каждой странице перечислены её источники, а сами страницы обновляются, когда меняются факты или уроки. Эти тексты объясняют идеи. Они не являются лётным обучением, медицинской или юридической консультацией и не засчитываются ни для какого пилотского свидетельства.